Estudo da Produção de Towpregs e Transformação por Pultrusão

Durante as últimas décadas, os materiais compósitos têm substituído com sucesso os materiais tradicionais em muitas aplicações de engenharia, muito devido às excelentes propriedades que se conseguem obter com a combinação de materiais diferentes. Nos compósitos reforçados com fibras longas ou contínuas tem-se verificado, ao longo dos últimos anos, um aumento do uso de matrizes termoplásticas, fruto de várias vantagens associadas, como o facto de serem bastante mais ecológicas, comparativamente às termoendurecíveis. No entanto, este aumento está muito dependente do desenvolvimento de novas tecnologias de processamento, pois a elevada viscosidade dos termoplásticos, comparativamente aos termoendurecíveis, dificulta significativamente o processo. Muitos equipamentos de produção de termoplásticos são resultado de adaptações de equipamentos de produção de termoendurecíveis, onde normalmente é necessário adicionar fornos de pré-aquecimento. Neste trabalho, pretendeu-se produzir pré-impregnados de fibras contínuas com matriz termoplástica, por deposição a seco de polímero em pó sobre fibras de reforço (denominados por towpreg) para, posteriormente, serem transformados por pultrusão e caracterizados. As matérias-primas utilizadas foram: Polipropileno (PP) como matriz termoplástica e fibra de carbono como reforço. Por forma a melhorar as propriedades finais do compósito, foram otimizadas as condições de processamento na produção dos towpregs, estudando-se a influência da variação dos parâmetros de processamento no teor de polímero presente nestes, tendo como objetivo teores mássicos de polímero superiores a 30%. A condição ótima e a influência dos parâmetros de processamento foram obtidas com o auxílio do Método de Taguchi. Os perfis produzidos por pultrusão foram sujeitos a ensaios de flexão, de forma a obter as suas propriedades quando sujeitos a esse tipo de esforço. Foram também realizados ensaios de calcinação de forma a obter as frações mássicas de fibra e polímero presentes no compósito final. Sabidas as frações mássicas, converteramse em frações volúmicas e obtiveram-se as propriedades teoricamente esperadas através da Lei das Misturas e compararam-se com as obtidas experimentalmente. As propriedades obtidas foram também comparadas com as de outros compósitos pultrudidos.

During the last decades, composite materials have successfully replaced traditional materials in many engineering applications due to the excellent properties that are achieved with the combination of different materials. In the last few years, the use of matrix thermoplastic in long or continuous fiber reinforced composites has increased, due to several vantages like the fact that they are more environment friendly compare to the thermosetting matrix. However, this increase is highly dependent of the development of new processing technologies because thermoplastic matrix present much higher viscosity compare to thermosetting and this makes the process significantly harder. A lot of thermoplastic matrix production equipment is a result of an adaption of thermosetting matrix equipment, where normally the addition of pre-heating hoven is necessary. In this work it was intended to produce continuous fiber reinforced thermoplastic pre-impregnated material (designated towpreg), by dry deposition of polymer particles into the reinforcement fibers to, subsequently, be processed by pultrusion and be characterized. The raw materials used were: Polypropylene (PP) as thermoplastic matrix and Carbon fiber as reinforcement. In order to improve the final properties of the composite, the processing conditions of towpregs were optimized, studying the influence of the variation of the processing parameters in the polymer content in these, having as objective, polymer weight fraction levels greater than 30%. The optimal condition and the influence of the processing parameters were obtained with the aid of the Taguchi method. The profiles produced by pultrusion were subjected to tests of flexion to obtain their properties when subjected to this kind of effort. Tests of calcination were also performed in order to obtain the weight fractions of fiber and polymer present in the final composite. With the weight fractions known it was possible to convert them to volume fraction and calculate the properties theoretically expected through the Law of Mixtures and compare with those obtained experimentally. The properties obtained were also compared with the properties of others pultruded composite materials.